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Si$$_{3}$$N$$_{4}$$を母材としたAm含有ターゲット燃料製造プロセスの開発

Development of Manufacturing Processes of Am-Bearing Target Materials Based on Si$$_{3}$$N$$_{4}$$ Inert Matrix

矢野 豊彦*; 逢坂 正彦  ; 滑川 卓志

Yano, Toyohiko*; Osaka, Masahiko; Namekawa, Takashi

本報告は、東京工業大学が核燃料サイクル開発機構から委託を受けて実施した「Si3N4を母材としたAm含有ターゲット燃料製造プロセスの開発」に関する成果報告書である。 Am酸化物を模擬したCe酸化物を用いて、Si3N4を母材とした高密度ターゲット燃料の製造可能性を総合的に検討した。なお、実際にAmを用いた実用化を前提に、製作において使用できる機器、熱処理条件等、定められた技術仕様のもとで検討を行った。その結果、以下のことが明らかとなった。(1)成形圧と成形体密度は対数関数の関係になっており、成形圧力が大きいほど成形体密度は大きくなった。成形助剤として、ステアリン酸を2wt%添加することが効果的であった。また、助剤の粒径の影響は小さかった。(2)13wt%-Ce含有試料では、5wt%-Al12O3添加試料(焼結温度:1750$$^{circ}C$$),5wt%-ZrO2添加試料(焼結温度:1800$$^{circ}C$$)において理論密度の90%以上の緻密な焼結体が得られた。20wt%-Ce含有試料では、金属酸化物助剤を添加しない試料(焼結温度:1800$$^{circ}C$$),5wt%-ZrO2添加試料(焼結温度:1800$$^{circ}C$$)で同様に理論密度の90%以上の焼結体を得ることができた。(3)成形助剤量(ステアリン酸2et%),焼結助剤組成(Ce含有量が13wt%で助剤無し、13wt%-Ce-5wt%Al2O3、13wt%-Ce-5wt%-ZrO2、20wt%-Ceで助剤無し、20wt%-Ce-5wt%-ZrO2)について特性評価用試料を作製した。焼結温度は、13wt%-Ce-5wt%-Al2O3組成は1750$$^{circ}C$$であり、その他は1800$$^{circ}C$$とした。Ce含有量が13wt%で助剤無しの試料以外の試料は全て理論密度の95%以上の緻密な焼結体が得られた。CeはCe4.67(SiO4)3OあるいはCeSiO2Nとして一部結晶化していることが明らかになった。ZrO2を添加した場合は窒化ケイ素の分解を起こしZrNを生成した。8M硝酸中、沸点にて4時間保持による重量減少はいずれの候補材も1%程度以下であった。熱伝導度はAl2O3添加試料では15W/m・kとやや低かったが、その他は40$$sim$$50W/m/m・k程度と高かった。

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